KR20170039402A

KR20170039402A - 이동 로봇

Info

Publication number: KR20170039402A
Application number: KR1020150138472A
Authority: KR
Inventors: 박순욱; 김기백; 김대영; 이호중
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-04-11

Abstract

이동 로봇을 제공한다. 이동 로봇은 몸체와, 상기 몸체의 외측으로 전개되고, 전개된 말단에 구비된 바퀴를 배관의 내벽에 밀착시켜 추진력을 발생시키는 주행부와, 상기 배관의 내부를 감시하는 감시부, 및 상기 감시 결과에 따라 상기 몸체가 상기 배관의 원주를 따라 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 제어 장치를 포함한다.

Description

이동 로봇{Moving robot}

본 발명은 이동 로봇에 관한 것이다.

배관의 내부를 검사하거나 청소하기 위하여 로봇이 이용될 수 있다. 로봇은 배관의 내부를 주행하면서 용접 상태를 검사하거나 결함 유무 등을 확인할 수 있다.

배관은 직선 구간, 곡선 구간 및 연결 구간으로 구성될 수 있으며, 이러한 다양한 구간에서의 주행이 가능한 로봇의 등장이 요구된다.

대한민국 등록특허공보 제10-1516209호 (2015.05.04)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이동 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 이동 로봇의 일 면(aspect)은 몸체와, 상기 몸체의 외측으로 전개되고, 전개된 말단에 구비된 바퀴를 배관의 내벽에 밀착시켜 추진력을 발생시키는 주행부와, 상기 배관의 내부를 감시하는 감시부, 및 상기 감시 결과에 따라 상기 몸체가 상기 배관의 원주를 따라 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 제어 장치를 포함한다.

상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 주행부가 구비되고, 상기 몸체의 일측에는 주행 방향에 평행한 2개 이상의 주행부가 구비된다.

상기 제어 장치는 상기 배관의 형태에 대응되도록 상기 복수의 주행부 각각에 구비된 바퀴의 회전 속도를 제어한다.

상기 복수의 주행부 각각은 구비된 바퀴를 지지하는 제 1 레그, 및 상기 제 1 레그와 일부가 중첩되는 제 2 레그를 포함하되, 상기 제 1 레그 및 상기 제 2 레그의 중첩 간격이 조절됨에 따라 상기 몸체에 대한 상기 구비된 바퀴의 거리가 조절된다.

상기 몸체와 상기 복수의 주행부 각각에 구비된 바퀴간의 거리는 독립적으로 조절된다.

상기 제어 장치는 상기 감시 결과에 따라 이동 방향의 전방에 장애물이 존재하거나, 배관 내벽의 함몰 부분이 존재하는 경우 상기 몸체가 상기 배관의 원주를 따라 회전하도록 상기 주행부를 제어한다.

상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 주행부가 구비되고, 이동 로봇은 상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 구비된 주행부의 바퀴간의 폭을 조절하는 폭 조절부를 더 포함한다.

상기 폭 조절부는 상기 주행부의 바퀴가 상기 배관의 내벽을 미는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 구비된 주행부의 바퀴간의 폭을 조절한다.

상기 이동 로봇은 상기 배관의 내부에서의 상기 이동 로봇의 위치를 판단하는 위치 변위 센서를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 판단된 상기 배관의 내부에서의 상기 이동 로봇의 위치를 참조하여 상기 몸체의 중심이 상기 배관의 중심축에 일치되도록 상기 주행부를 제어한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 좌측 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 우측 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바퀴간 폭 조절을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바퀴의 길이 조절을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관의 내부를 주행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 지름이 변경되는 배관의 내부를 주행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 곡률 구간이 포함된 배관의 내부를 주행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관의 원주를 따라 회전하는 것을 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관의 내부에서 회전한 이후에 주행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관 내부에서의 중심 위치를 판단하는 것을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관 내부에서 중심 위치를 보정하는 것을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 좌측 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 우측 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 이동 로봇(10)은 몸체(100), 주행부(310, 320, 330, 340), 폭 조절부(210, 220), 감시부(410, 420, 430), 위치 변위 센서(510, 520) 및 제어 장치(600)를 포함하여 구성된다.

몸체(100)는 주행부(310, 320, 330, 340), 폭 조절부(210, 220) 및 감시부(410, 420, 430)를 지지하는 역할을 수행한다. 몸체(100)는 하나 이상의 프레임이 서로 연결되어 구성될 수 있다.

주행부(310, 320, 330, 340)는 몸체(100)의 외측으로 전개되고, 전개된 말단에 구비된 바퀴를 배관의 내벽에 밀착시켜 추진력을 발생시키는 역할을 수행한다.

본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(10)은 배관의 내부를 주행하는 장치이다. 따라서, 배관의 내부에서 이동 로봇(10)이 자세를 유지할 수 있도록 하기 위하여 몸체(100)의 반대쪽 양측 각각에 주행부(310, 320, 330, 340)가 구비되는 것이 바람직하다. 몸체(100)의 양측으로 주행부(310, 320, 330, 340)가 전개되고 각 주행부(310, 320, 330, 340)의 말단에 구비된 바퀴가 배관의 내벽에 밀착할 수 있다.

또한, 주행부(310, 320, 330, 340)가 구비된 몸체(100)의 일측에는 주행 방향 즉, 배관의 장축에 평행한 2개 이상의 주행부(310, 320, 330, 340)가 구비될 수 있다.

도 2 및 도 3은 몸체(100)의 상측 및 하측에 2개의 주행부(310, 320, 330, 340)가 각각 구비된 것을 도시하고 있다. 이하, 몸체(100)의 양측은 몸체(100)의 상측 및 하측을 의미하는 것으로 한다. 또한, 도 2의 좌측 및 도 3의 우측이 몸체(100)의 전면이고, 도 2의 우측 및 도 3의 좌측이 몸체(100)의 후면을 나타낸다.

4개의 주행부(310, 320, 330, 340) 말단에 구비된 4개의 바퀴가 배관의 내벽에 밀착함에 따라, 이동 로봇(10)은 배관의 내부에서 자세를 유지할 수 있게 된다.

복수의 주행부(310, 320, 330, 340) 각각은 폭 조절 기어(311, 321, 331, 341), 제 1 레그(313, 323, 333, 343), 제 2 레그(312, 322, 332, 342), 바퀴(314, 324, 334, 344) 및 구동부(315, 325, 335, 345)를 포함할 수 있다.

폭 조절 기어(311, 321, 331, 341)는 몸체(100)에 결합되고, 결합 부분을 기준으로 회전할 수 있다. 폭 조절 기어(311, 321, 331, 341)에는 제 2 레그(312, 322, 332, 342)가 연결될 수 있다. 또한, 폭 조절 기어(311, 321, 331, 341)는 폭 조절부(210, 220)에 구비된 수평 기어와 기어 결합하여, 제 2 레그(312, 322, 332, 342)를 회전시키는 역할을 수행한다.

몸체(100)의 양측에 구비된 주행부(310, 320, 330, 340)의 제 2 레그(312, 322, 332, 342)가 회전함에 따라 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)간의 폭이 조절될 수 있다. 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)간의 폭 조절에 대한 자세한 설명은 도 4를 통하여 후술하기로 한다.

제 1 레그(313, 323, 333, 343)는 바퀴(314, 324, 334, 344)를 지지하는 역할을 수행한다. 제 1 레그(313, 323, 333, 343)와 제 2 레그(312, 322, 332, 342)는 각각의 일부가 중첩되는데, 제 1 레그(313, 323, 333, 343) 및 제 2 레그(312, 322, 332, 342)의 중첩 간격이 조절됨에 따라 몸체(100)에 대한 바퀴(314, 324, 334, 344)의 거리가 조절될 수 있다. 몸체(100)에 대한 바퀴(314, 324, 334, 344)의 거리 조절에 대한 자세한 설명은 도 5를 통하여 후술하기로 한다.

바퀴(314, 324, 334, 344)는 배관의 내벽에 밀착하여 추진력을 발생시키는 역할을 수행한다. 바퀴(314, 324, 334, 344)와 배관의 내벽간의 마찰력으로 이동 로봇(10)이 이동하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 바퀴(314, 324, 334, 344)는 메카넘 휠(mecanum wheel)을 포함한다. 이에 따라, 각 주행부(310, 320, 330, 340)에 구비된 바퀴(314, 324, 334, 344)의 회전 방향을 제어함으로써, 이동 로봇(10)을 전진 이동시키거나 후진 이동시킬 수 있으며, 배관의 원주를 따라 회전시키는 것도 가능하게 된다.

구동부(315, 325, 335, 345)는 구동력을 발생시켜 바퀴(314, 324, 334, 344)를 회전시키는 역할을 수행한다. 제어 장치(600)의 제어 신호에 따라 각 구동부(315, 325, 335, 345)는 바퀴(314, 324, 334, 344)의 회전 방향 및 회전 속도를 조절할 수 있다.

폭 조절부(210, 220)는 몸체(100)의 반대쪽 양측 각각에 구비된 주행부(310, 320, 330, 340)의 바퀴(314, 324, 334, 344)간의 폭을 조절하는 역할을 수행한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 상측 및 하측에 각각 2개의 주행부(310, 320, 330, 340)가 구비되는데, 폭 조절부(210, 220)는 몸체(100)의 전면 또는 후면의 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)간의 폭을 조절할 수 있다.

폭 조절부(210, 220)는 몸체(100)의 좌측 및 우측에 각각 구비될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 좌측에 구비된 폭 조절부(210)는 몸체(100)의 후면 양측에 구비된 바퀴(314, 324, 334, 344)간의 폭을 조절할 수 있다. 이와 마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 우측에 구비된 폭 조절부(220)는 몸체(100)의 전면 양측에 구비된 바퀴(314, 324, 334, 344)간의 폭을 조절할 수 있다.

폭 조절부(210, 220)는 실린더(211, 221), 피스톤(212, 222) 및 기어부(213, 223)를 포함하여 구성된다. 실린더(211, 221)는 내부에서 압력을 발생시켜 피스톤(212, 222)을 밀거나 당길 수 있다. 실린더(211, 221)가 미는 힘을 발생함에 따라 외부로 노출된 피스톤(212, 222)의 길이가 길어지고, 실린더(211, 221)가 당기는 힘을 발생함에 따라 외부로 노출된 피스톤(212, 222)의 길이가 짧아질 수 있다.

피스톤(212, 222)의 말단에는 기어부(213, 223)가 연결된다. 기어부(213, 223)는 피스톤(212, 222)의 이동에 따라 몸체(100)의 전면 및 후면을 연결하는 방향으로 수평 이동할 수 있다. 기어부(213, 223)의 상측 및 하측에는 수평 기어가 구비된다. 수평 기어는 주행부(310, 320, 330, 340)의 폭 조절 기어(311, 321, 331, 341)와 기어 결합될 수 있다. 수평 기어가 수평 이동함에 따라 폭 조절 기어(311, 321, 331, 341)가 몸체(100)를 기준으로 회전하게 된다. 폭 조절 기어(311, 321, 331, 341)가 회전함에 따라 폭 조절 기어(311, 321, 331, 341)에 연결된 제 2 레그(312, 322, 332, 342)도 몸체(100)를 기준으로 회전하게 되고, 이에 따라 몸체(100)를 기준으로 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)간 간격이 조절된다.

감시부(410, 420, 430)는 배관의 내부를 감시하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 감시부는 주행 방향의 전면 및 후면을 감시할 수 있다. 이를 위하여, 몸체(100)에는 전면 및 후면을 감시하는 감시부(410, 420)가 각각 구비될 수 있다.

또한, 전방에 존재하는 장애물, 배관 내벽의 함몰 부분 또는 관심 지점에 대한 세부적인 감시를 위하여 전방의 측면을 감시하는 감시부(430)가 구비될 수도 있다.

카메라와 같은 영상 찰상 장치가 감시부(410, 420, 430)의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 감시부(410, 420, 430)에는 전방의 시야 확보를 위한 광을 조사하는 광원이 포함될 수도 있다.

위치 변위 센서(510, 520)는 배관 내부에서의 이동 로봇(10)의 위치를 감지하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 위치 변위 센서(510, 520)는 배관 내부에서의 몸체(100)의 위치를 감지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(10)은 그 중심이 배관의 중심축을 따라 주행을 수행하는 것이 바람직하다. 이동 로봇(10)의 중심이 배관의 중심축에서 벗어난 경우 주행부(310, 320, 330, 340) 또는 폭 조절부(210, 220)에 불필요한 부하가 가해질 수 있는 것이다.

한편, 중력 또는 기타 다양한 요인으로 인하여 이동 로봇(10)의 중심이 배관의 중심축에서 벗어날 수 있다.

위치 변위 센서(510, 520)는 배관 내벽과의 거리를 판단할 수 있다. 예를 들어, 위치 변위 센서(510, 520)는 레이저를 배관 내벽으로 조사하고, 반사된 광을 이용하여 배관 내벽과의 거리를 판단할 수 있다. 2개의 위치 변위 센서(510, 520)는 서로 반대 방향으로 레이저를 조사할 수 있는데, 각 위치 변위 센서(510, 520)에 의하여 감지된 거리를 참조하여 이동 로봇(10)의 중심이 배관의 중심축에 일치되는지를 판단할 수 있게 된다.

감지된 거리를 이용하여 이동 로봇(10)의 중심과 배관의 중심축이 일치하는지 여부를 판단하는 것은 제어 장치(600)에 의하여 수행될 수 있다.

또한, 제어 장치(600)는 감시부(410, 420, 430)의 감시 결과에 따라 몸체(100)가 배관의 원주를 따라 회전하도록 주행부(310, 320, 330, 340)를 제어하는 역할을 수행한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 바퀴(314, 324, 334, 344)는 메카넘 휠일 수 있고, 그 회전 방향에 따라 몸체(100)의 전진, 후진 및 회전이 가능하다. 제어 장치(600)는 각 주행부(310, 320, 330, 340)를 제어하여 몸체(100)가 배관의 원주를 따라 회전하도록 바퀴(314, 324, 334, 344)의 회전 방향을 결정할 수 있다.

또한, 제어 장치(600)는 주행부(310, 320, 330, 340), 폭 조절부(210, 220) 및 감시부(410, 420, 430)에 대한 전반적인 제어를 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바퀴간 폭 조절을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 기어부(213)의 수평 이동에 의하여 몸체(100)의 양측에 구비된 바퀴(314, 324)간의 폭이 조절될 수 있다.

실린더(211)에 의한 압력에 의하여 피스톤(212) 및 피스톤(212)에 연결된 기어부(213)가 수평 이동하게 된다. 기어부(213)의 상측 및 하측에는 수평 기어가 구비되는데, 수평 기어는 주행부(310, 320)의 폭 조절 기어(311, 321)와 기어 결합되어 있다. 이에, 수평 기어가 수평 이동함에 따라 폭 조절 기어(311, 321)는 몸체(100)와의 연결 부분을 기준으로 회전한다.

또한, 폭 조절 기어(311, 321)는 주행부(310, 320)의 제 2 레그(312, 322)와 연결되는데, 폭 조절 기어(311, 321)가 회전함에 따라 제 2 레그(312, 322)도 몸체(100)를 기준으로 회전한다. 제 2 레그(312, 322)는 제 1 레그(313, 323)에 연결되어 있고, 제 1 레그(313, 323)의 말단에 바퀴(314, 324)가 구비된다. 결국, 폭 조절 기어(311, 321)의 회전에 의하여 주행부(310, 320) 전체가 몸체(100)의 연결 지점을 기준으로 회전하게 된다.

도시된 바와 같이, 상측 및 하측에 구비된 주행부(310, 320)는 몸체(100)와의 연결 부분에서 비스듬하게 전개되어 있고, 몸체(100)를 기준으로 대칭적으로 배치되어 있다.

따라서, 주행부(310, 320)의 회전에 의하여 몸체(100)와 바퀴(314, 324)간의 거리가 달라지게 되며, 결국 양측 바퀴(314, 324)간의 폭이 조절된다.

폭 조절부(210, 220)는 주행부(310, 320)의 바퀴(314, 324)가 배관의 내벽을 미는 힘이 일정하게 유지되도록 몸체(100)의 반대쪽 양측 각각에 구비된 주행부(310, 320)의 바퀴(314, 324)간의 폭을 조절할 수 있다. 다시 말해, 폭 조절부(210, 220)는 배관의 내부 지름에 대응되도록 몸체(100)의 반대쪽 양측 각각에 구비된 주행부(310, 320)의 바퀴(314, 324)간의 폭을 조절할 수 있다.

바퀴(314, 324)가 배관의 내벽을 미는 힘이 강한 경우 폭 조절부(210, 220)는 양측 바퀴(314, 324)간 폭을 감소시키고, 바퀴(314, 324)가 배관의 내벽을 미는 힘이 약한 경우 폭 조절부(210, 220)는 양측 바퀴(314, 324)간 폭을 증가시킬 수 있다.

또는, 폭 조절부(210, 220)는 감시부(410, 420, 430)에 의하여 감시된 결과를 참조하여 양측 바퀴(314, 324)간 폭을 조절할 수도 있다. 즉, 감시부(410, 420, 430)에 의하여 감시된 결과에 따라 배관의 내부 지름이 결정되고, 폭 조절부(210, 220)는 결정된 배관의 내부 지름에 대응되도록 양측 바퀴(314, 324)간 폭을 미리 조절하는 것이다. 감시부(410, 420, 430)의 감시 결과를 참조한 배관의 내부 지름 결정은 제어 장치(600)에 의하여 수행될 수 있다.

폭 조절부(210, 220)에 의하여 양측 바퀴(314, 324)간 폭이 조절됨에 따라 각 바퀴(314, 324)가 배관의 내벽을 미는 힘이 균일하게 유지될 수 있게 된다.

한편, 도 4는 몸체(100)의 좌측에 구비된 폭 조절부(210)에 의하여 후면 양측 바퀴(314, 324)의 폭이 조절되는 것을 도시하고 있으나, 몸체(100)의 우측에 구비된 폭 조절부(220)에 의한 전면 양측 바퀴(334, 344)의 폭도 이와 유사하게 조절될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바퀴의 길이 조절을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 제 1 레그(313) 및 제 2 레그(312)의 중첩 정도에 따라 몸체(100)와 바퀴(314)간 거리가 달라질 수 있다.

제 1 레그(313)의 말단에는 바퀴(314)가 구비되고, 제 2 레그(312)는 몸체(100)에 회전 가능하도록 연결된다. 또한, 제 1 레그(313)와 제 2 레그(312)는 각각의 일부가 중첩되는데, 그 중첩 정도에 따라 몸체(100)와 바퀴(314)간 거리가 달라진다. 즉, 제 1 레그(313)와 제 2 레그(312)간 중첩 거리가 길어지면 몸체(100)와 바퀴(314)간 거리가 짧아지고, 제 1 레그(313)와 제 2 레그(312)간 중첩 거리가 짧아지면 몸체(100)와 바퀴(314)간 거리가 길어지는 것이다.

제 1 레그(313, 323, 333, 343)와 제 2 레그(312, 322, 332, 342)간의 중첩 정도는 능동적으로 수행될 수 있고, 수동적으로 수행될 수도 있다.

예를 들어, 사용자는 직접 제 2 레그(312, 322, 332, 342)에 대한 제 1 레그(313, 323, 333, 343)의 길이를 조절할 수도 있다. 배관의 내부에 배치된 이동 로봇(10)의 자세를 미세 조절하기 위하여 사용자는 각 제 2 레그(312, 322, 332, 342)에 대한 제 1 레그(313, 323, 333, 343)의 길이를 조절할 수 있는 것이다.

이동 로봇(10)의 자세를 미세 조절하는 별도의 구동부(미도시)가 구비되어 제 2 레그(312, 322, 332, 342)에 대한 제 1 레그(313, 323, 333, 343)의 길이를 조절할 수도 있다.

한편, 바퀴(314, 324, 334, 344)에 가해지는 압력에 따라 각 주행부(310, 320, 330, 340)별로 제 2 레그(312, 322, 332, 342)에 대한 제 1 레그(313, 323, 333, 343)의 길이가 조절될 수 있다. 예를 들어, 배관의 내벽에 존재하는 장애물이 특정 바퀴에 압력을 가하는 경우 해당 압력에 의하여 제 1 레그(313, 323, 333, 343)와 제 2 레그(312, 322, 332, 342)간의 중첩 길이가 길어질 수 있는 것이다.

이 때, 장애물에 의한 압력이 제거되는 경우 제 1 레그(313, 323, 333, 343)와 제 2 레그(312, 322, 332, 342)간 중첩 길이는 원래 상태로 복귀될 수 있다. 이를 위하여, 제 1 레그(313, 323, 333, 343)와 제 2 레그(312, 322, 332, 342)간의 중첩 길이를 유지시키는 탄성 수단(미도시)이 구비될 수 있다. 탄성 수단은 장애물이 가하는 충격 또는 압력을 완화시켜 몸체(100)에 전달하는 역할을 수행하는 것으로 이해될 수 있다.

도 5는 몸체(100)의 후면 상측에 구비된 주행부(310)의 길이 조절을 도시하고 있으나, 나머지 주행부(320, 330, 340)도 이와 유사한 길이 조절 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 몸체(100)와 복수의 주행부(310, 320, 330, 340) 각각에 구비된 바퀴(314, 324, 334, 344)간의 거리는 독립적으로 조절될 수 있다. 이에 따라, 각 바퀴(314, 324, 334, 344)에서 발생된 충격이 각 제 1 레그(313, 323, 333, 343) 및 제 2 레그(312, 322, 332, 342)에 의하여 완충될 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 블록도이다.

도 6을 참조하면, 제어 장치(600)는 입력부(610), 저장부(620), 제어부(630) 및 출력부(640)를 포함하여 구성된다.

입력부(610)는 감시부(410, 420, 430)에 의하여 감시된 결과를 입력받는 역할을 수행한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(10)에는 감시부(410, 420, 430)뿐만 아니라 중력 방향을 감지하거나 바퀴(314, 324, 334, 344)가 배관의 내벽을 미는 힘 등을 감지하는 다양한 센서가 구비될 수 있다. 이에, 입력부(610)는 이동 로봇(10)에 구비된 다양한 센서의 감지 결과를 수신하는 역할을 수행할 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(10)은 사용자에 의한 수동 조종이 가능하다. 이에, 입력부(610)는 사용자 명령을 입력받을 수 있다.

입력부(610)는 유선 또는 무선의 통신 방식으로 감시부(410, 420, 430), 센서 또는 사용자로부터 감지 정보 또는 명령과 같은 입력 정보를 입력받을 수 있다.

제어부(630)는 입력부(610)로부터 전달된 입력 정보를 참조하여 이동 로봇(10)에 대한 전반적인 제어를 수행한다.

예를 들어, 제어부(630)는 위치 변위 센서(510, 520)로부터 전달된 거리 정보를 이용하여 몸체(100)의 중심이 배관의 중심축에 일치되도록 주행부(310, 320, 330, 340)를 제어할 수 있다. 주행부(310, 320, 330, 340)에 구비된 바퀴(314, 324, 334, 344)가 메카넘 휠임에 따라 이동 로봇(10)은 배관의 중심축에 대하여 수직 방향으로 이동하여 그 중심을 배관의 중심축에 일치시킬 수 있다.

또한, 제어부(630)는 감시부(410, 420, 430)의 감시 결과를 참조하여 몸체(100)가 배관의 원주를 따라 회전하도록 주행부(310, 320, 330, 340)를 제어할 수 있다. 감시부(410, 420, 430)의 감시 결과에 따라 이동 방향의 전방에 장애물이 존재하거나, 배관 내벽의 함몰 부분이 존재하는 경우 제어부(630)는 몸체(100)가 배관의 원주를 따라 회전하도록 주행부(310, 320, 330, 340)를 제어하는 것이다.

제어부(630)는 장애물 또는 함몰 부분의 크기 및 위치 등을 고려하여 배관의 원주를 따라 회전할 몸체(100)의 회전 각도를 결정할 수 있다. 제어부(630)는 이동 로봇(10)이 장애물 또는 함몰 부분을 회피하여 주행할 수 있도록 하기 위하여 몸체(100)를 회전시킬 수 있다. 다만, 장애물 또는 함몰 부분의 크기가 충분히 작은 경우 제어부(630)는 몸체(100)의 회전 없이 주행하도록 할 수도 있다.

또한, 제어부(630)는 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)가 배관의 내벽을 미는 힘을 참조하여 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)간 폭이 변경되도록 폭 조절부(210, 220)를 제어할 수 있다. 바퀴(314, 324, 334, 344)가 배관의 내벽을 미는 힘이 강한 경우 제어부(630)는 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)간 폭이 감소되도록 폭 조절부(210, 220)를 제어할 수 있다. 이와 마찬가지로, 바퀴(314, 324, 334, 344)가 배관의 내벽을 미는 힘이 약한 경우 제어부(630)는 양측 바퀴(314, 324, 334, 344)간 폭이 증가되도록 폭 조절부(210, 220)를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(630)는 배관의 형태에 대응되도록 복수의 주행부(310, 320, 330, 340) 각각에 구비된 바퀴(314, 324, 334, 344)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 주행 전방의 배관에 굴곡이 있는 상태에서 모든 바퀴(314, 324, 334, 344)의 회전 속도가 동일한 경우 일부 바퀴에 슬립이 발생할 수 있다. 이에, 제어부(630)는 감시부(410, 420, 430) 또는 다른 센서로부터 입력된 입력 정보를 참조하여 배관의 형태에 대응되도록 각 바퀴(314, 324, 334, 344)의 회전 속도를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(630)는 감시부(410, 420, 430) 및 기타 센서(미도시)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(630)는 감시부(410, 420, 430) 및 센서의 동작 여부를 제어할 수 있다.

제어부(630)는 주행부(310, 320, 330, 340), 폭 조절부(210, 220), 감시부(410, 420, 430) 및 기타 센서(미도시)를 제어하기 위한 제어 명령을 생성하고, 생성된 제어 명령은 출력부(640)에 의하여 출력될 수 있다. 출력부(640)에 의하여 출력된 제어 명령이 각 모듈에게 전달됨에 따라 해당 모듈은 대응하는 동작을 수행하게 된다.

저장부(620)는 입력부(610)를 통하여 입력된 입력 정보 및 출력부(640)를 통하여 출력되는 제어 명령을 임시 또는 영구적으로 저장하는 역할을 수행한다. 입력부(610)를 통하여 입력된 정보는 제어부(630)에 의한 제어에 사용될 뿐만 아니라 관측 용도로 이용될 수도 있다. 예를 들어, 배관을 주행하면서 감지된 정보들은 차후에 사용자에게 전달되고, 사용자는 해당 정보를 통하여 배관의 내부 상태 등을 판단할 수 있는 것이다. 또는, 배관을 주행하면서 감지된 정보들은 출력부(640)를 통하여 실시간으로 사용자에게 전달될 수도 있다.

또한, 저장부(620)는 사전에 설정된 사용자 명령을 저장할 수 있다. 제어부(630)는 저장부(620)에 저장된 사용자 명령을 참조하여 자동으로 대응하는 동작이 수행되도록 각 모듈을 제어할 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 16을 통하여 배관 내부를 이동하는 이동 로봇의 주행 양상을 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위하여 도 7 내지 도 16에서는 이동 로봇의 세부적인 구성요소의 도면부호는 생략하기로 한다. 생략된 도면부호에 대응하는 구성요소는 도 2, 도 3 및 도 6에 도시된 것과 같다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관의 내부를 주행하는 것을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 이동 로봇(10)은 배관(P)의 내부를 주행할 수 있다. 배관(P)의 내부를 주행하면서 이동 로봇(10)은 구비된 감시부 및 센서 등을 이용하여 배관 내부의 상태 정보를 수집할 수 있다.

도 7은 지름이 일정한 배관(P)을 도시하고 있는데, 각 바퀴가 배관 내벽을 미는 힘은 균일하게 유지될 수 있다. 폭 조절부는 각 바퀴가 균일한 힘으로 배관 내벽을 밀 수 있도록 양측 바퀴간의 폭을 조절할 수 있다. 각 바퀴가 균일한 힘으로 배관 내벽을 밀면서 주행함에 따라 이동 로봇(10)은 보다 안정적인 자세로 주행할 수 있게 된다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 지름이 변경되는 배관의 내부를 주행하는 것을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 이동 로봇(10)은 점차 지름이 증가하는 배관(P)을 주행할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(10)은 2개의 폭 조절부를 구비하고 있다. 2개의 폭 조절부 중 하나는 전면 양측 바퀴의 폭을 조절하고, 나머지 하나는 후면 양측 바퀴의 폭을 조절한다.

2개의 폭 조절부가 전면 양측 바퀴의 폭 및 후면 양측 바퀴의 폭을 독립적으로 조절함에 따라 점차 지름이 변경되는 배관(P)에서 이동 로봇(10)이 주행하더라도 각 바퀴가 배관 내벽을 미는 힘은 균일하게 형성될 수 있다.

이에, 점차 지름이 변경되는 배관(P)의 내부에서도 이동 로봇(10)은 안정적인 자세로 주행할 수 있게 된다.

한편, 배관(P)의 지름이 지나치게 큰 이유로 인하여 폭 조절부에 의하여 폭을 조절하더라도 대응하는 바퀴가 충분한 힘으로 배관 내벽을 밀 수 없을 수도 있다. 이러한 경우 대응하는 바퀴의 제 2 레그에 대한 제 1 레그의 길이가 조절됨으로써 바퀴가 배관 내벽을 미는 힘을 보충할 수도 있다.

도 9를 참조하면, 이동 로봇(10)은 서로 다른 지름 구간(Pa, Pb, Pc)을 갖는 배관(P)의 내부를 주행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 2개의 폭 조절부가 전면 양측 바퀴의 폭 및 후면 양측 바퀴의 폭을 독립적으로 조절함에 따라 지름이 변경되는 배관(Pa, Pb, Pc)에서 이동 로봇(10)이 주행하더라도 각 바퀴가 배관 내벽을 미는 힘은 균일하게 형성될 수 있다.

또는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제어부가 주행 경로상의 전방 상태를 참조하여 폭 조절부를 제어할 수도 있다.

Pa 구간을 주행 중인 이동 로봇(10)의 제어부는 감시부에 의하여 감시된 결과를 참조하여 전방에 있는 Pb 구간의 지름이 변경됨을 인식할 수 있다. 이에, 이동 로봇(10)이 Pb 구간에 진입하자마자 제어부는 폭 조절부를 제어하여 양측 바퀴의 폭이 증가하도록 조절할 수 있다. 이 때, 제어부는 전면 양측의 바퀴 폭이 증가한 이후에 후면 양측의 바퀴 폭이 증가하도록 폭 조절부를 제어할 수 있다.

이와 마찬가지로, Pb 구간을 주행 중인 이동 로봇(10)의 제어부는 감시부에 의하여 감시된 결과를 참조하여 전방에 있는 Pc 구간의 지름이 변경됨을 인식할 수 있다. 이에, 이동 로봇(10)이 Pc 구간에 진입하자마자 제어부는 폭 조절부를 제어하여 양측 바퀴의 폭이 감소되도록 조절할 수 있다. 이 때, 제어부는 전면 양측의 바퀴 폭이 감소된 이후에 후면 양측의 바퀴 폭이 감소되도록 폭 조절부를 제어할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 곡률 구간이 포함된 배관의 내부를 주행하는 것을 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 이동 로봇(10)은 배관(P)의 곡률 구간을 주행할 수 있다. 한편, 도시된 바와 같이 이동 로봇(10)이 주행하는 경우 곡률의 안쪽에 있는 배관 내벽에 접한 바퀴의 회전수와 곡률의 바깥쪽에 있는 배관 내벽에 접한 바퀴의 회전수는 달라진다.

따라서, 곡률 구간에서 모든 바퀴의 회전 속도를 동일하게 하는 경우 슬립이 발생하여 이동 로봇(10)의 자세가 불안정해질 수 있다.

이에, 제어부는 곡률 구간에서도 안정적인 주행이 가능하도록 각 바퀴의 회전 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 곡률의 안쪽에 있는 배관 내벽에 접한 바퀴의 회전 속도가 감소하고, 곡률의 바깥쪽에 있는 배관 내벽에 접한 바퀴의 회전 속도가 증가하도록 각 주행부를 제어할 수 있다.

이동 거리에 대응되도록 각 바퀴의 회전 속도가 조절됨에 따라 이동 로봇(10)은 보다 안정적인 자세로 주행할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관의 원주를 따라 회전하는 것을 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 이동 로봇(10)은 배관(P)의 내부에서 원주를 따라 회전할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 바퀴는 메카넘 휠일 수 있는데, 제어부는 각 주행부에 구비된 바퀴의 회전 방향을 제어하여 이동 로봇(10)이 배관(P)의 원주를 따라 회전하도록 할 수 있다.

제어부는 이동 로봇(10)의 회전 방향, 회전 각도 및 회전 속도 등을 제어할 수 있다.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관의 내부에서 회전한 이후에 주행하는 것을 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 이동 로봇(10)은 배관(P)의 곡률 구간을 주행할 수 있다. 각 바퀴의 회전 속도 제어가 가능한 경우 도 10에 도시된 바와 같은 주행이 가능하다. 그러나, 각 바퀴의 회전 속도가 가능하지 않은 상태에서 도 10에 도시된 것과 주행하면 이동 로봇(10)의 자세가 불안정해질 수 있다.

이에, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(10)은 배관(P)의 외주를 따라 회전한 이후에 곡률 구간을 주행할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이 주행하는 경우 곡률 구간에서 양측 바퀴가 주행하여야 하는 거리는 동일하게 된다. 이에, 각 바퀴가 동일한 회전 속도로 회전하더라도 슬립 없이 안정적인 주행이 가능하게 된다.

도 13을 참조하면, 이동 로봇(10)은 전방에 배관 내벽의 함몰 부분이 있는 경우 배관 내벽의 외주를 따라 회전한 이후에 주행을 지속할 수 있다.

도 13에서 초기의 자세를 그대로 유지하여 주행하는 경우 일측 바퀴가 함몰 부분에 빠질 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 감시부에 의한 감시 결과를 기초로 제어부는 전방에 함몰 부분이 존재하는 것으로 판단되는 경우 주행부를 제어하여 이동 로봇(10)이 배관 내벽의 외주를 따라 회전하도록 할 수 있다.

도 14를 참조하면, 이동 로봇(10)은 전방에 장애물(20)이 있는 경우 배관 내벽의 외주를 따라 회전한 이후에 주행을 지속할 수 있다.

도 14에서 초기의 자세를 그대로 유지하여 주행하는 경우 일측 바퀴가 장애물(20)에 걸릴 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 감시부에 의한 감시 결과를 기초로 제어부는 전방에 장애물(20)이 존재하는 것으로 판단되는 경우 주행부를 제어하여 이동 로봇(10)이 배관 내벽의 외주를 따라 회전하도록 할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관 내부에서의 중심 위치를 판단하는 것을 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 배관 내부에서 중심 위치를 보정하는 것을 나타낸 도면이다.

도 15를 참조하면, 위치 변위 센서(510, 520)는 배관 내부에서의 이동 로봇의 위치를 판단할 수 있다.

2개의 위치 변위 센서(510, 520)가 이동 로봇(10)에 구비될 수 있는데, 각 위치 변위 센서(510, 520)는 배관 내벽으로 레이저를 조사하고, 반사된 광을 이용하여 배관과의 거리를 판단할 수 있다.

위치 변위 센서(510, 520)에 의하여 감지된 거리 정보는 제어 장치로 전달되고, 제어 장치는 전달된 정보를 참조하여 배관의 중심축(PC)에 대한 이동 로봇(10)의 위치를 판단할 수 있다.

그리하여, 제어 장치는 이동 로봇(10)의 중심(RC)이 배관의 중심축(PC)에 일치되도록 주행부를 제어할 수 있다. 주행부의 바퀴가 메카넘 휠임에 따라 이동 로봇은 배관의 중심축(PC)에 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 이에, 이동 로봇(10)의 중심(RC)와 배관의 중심축(PC)이 일치될 수 있게 된다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 이동 로봇
20: 장애물
100: 몸체
210, 220: 폭 조절부
211, 221: 실린더
212, 222: 피스톤
213, 223: 기어부
310, 320, 330, 340: 주행부
311, 321, 331, 341: 폭 조절 기어
312, 322, 332, 342: 제 2 레그
313, 323, 333, 343: 제 1 레그
314, 324, 334, 344: 바퀴
315, 325, 335, 345: 구동부
410, 420, 430: 감시부
600: 제어 장치
610: 입력부
620: 저장부
630: 제어부
640: 출력부

Claims

몸체;
상기 몸체의 외측으로 전개되고, 전개된 말단에 구비된 바퀴를 배관의 내벽에 밀착시켜 추진력을 발생시키는 주행부;
상기 배관의 내부를 감시하는 감시부; 및
상기 감시 결과에 따라 상기 몸체가 상기 배관의 원주를 따라 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 제어 장치를 포함하는 이동 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 주행부가 구비되고,
상기 몸체의 일측에는 주행 방향에 평행한 2개 이상의 주행부가 구비되는 이동 로봇.
제 2항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 배관의 형태에 대응되도록 상기 복수의 주행부 각각에 구비된 바퀴의 회전 속도를 제어하는 이동 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 주행부 각각은 구비된 바퀴를 지지하는 제 1 레그; 및
상기 제 1 레그와 일부가 중첩되는 제 2 레그를 포함하되,
상기 제 1 레그 및 상기 제 2 레그의 중첩 간격이 조절됨에 따라 상기 몸체에 대한 상기 구비된 바퀴의 거리가 조절되는 이동 로봇.
제 4항에 있어서,
상기 몸체와 상기 복수의 주행부 각각에 구비된 바퀴간의 거리는 독립적으로 조절되는 이동 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 감시 결과에 따라 이동 방향의 전방에 장애물이 존재하거나, 배관 내벽의 함몰 부분이 존재하는 경우 상기 몸체가 상기 배관의 원주를 따라 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 이동 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 주행부가 구비되고,
상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 구비된 주행부의 바퀴간의 폭을 조절하는 폭 조절부를 더 포함하는 이동 로봇.
제 7항에 있어서,
상기 폭 조절부는 상기 주행부의 바퀴가 상기 배관의 내벽을 미는 힘이 일정하게 유지되도록 상기 몸체의 반대쪽 양측 각각에 구비된 주행부의 바퀴간의 폭을 조절하는 이동 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 배관의 내부에서의 상기 이동 로봇의 위치를 판단하는 위치 변위 센서를 더 포함하고,
상기 제어 장치는 상기 판단된 상기 배관의 내부에서의 상기 이동 로봇의 위치를 참조하여 상기 몸체의 중심이 상기 배관의 중심축에 일치되도록 상기 주행부를 제어하는 이동 로봇.